概念と仕組み
銅のめっきの陰極において、Cu²⁺イオンは2つの電子を受け取り、銅原子となります。目的の金属の析出を実現するためには、めっき対象の物体を適切な電極に接続する必要があります。
電流が大きくなるにつれて、単位時間あたりに伝達される電荷の量も増加します。同じ電流でも、反応で利用できる電荷の総量は、時間の経過とともに増加します。
関係式と成立条件
Q=It での質量は、m=QM/(zF) で計算されます。銅の密度は z=2 とします。均一に積層されていると仮定した場合、平均の厚さは、質量を密度と面積で割ることで計算されます。
理論的な値は、100%の電流効率であり、副反応や損失は存在しません。しかし、実際の表面厚さは、電流の分布、対象物の形状、および溶液の状態によって均一ではない可能性があります。
仮想実験で読み取る変化
質量は電流・時間に比例し、面積には無関係です。同じ質量をより広くめっきすると平均厚さが薄くなります。
電流効率100%、一定電流、M=63.55 g/mol、n=2、F=96485 C/mol、ρ=8.96 g/cm³の教育用モデルです。銅陽極が供給するCu²⁺が十分で濃度枯渇・副反応・電圧・表面粗さ・厚さムラは除きます。面積は全めっき表面積であり、均一な平均厚さのみを計算します。めっき層図の厚さは拡大演出です。
重要な関係式と記号
Ｑ＝Ｉｔ・ｍ＝ＱＭ／（ｎＦ）・平均厚さ＝ｍ／（ρ・面積）
| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| Q | 総電荷量 | C |
| F | ファラデー定数、約96485 | C/mol |
| z | 金属イオン1個あたりに必要な電子数 | 単位なし |
例で確かめる
電流効率100％で銅析出質量を決定するには？
m=ItM/(nF)で平均厚さはm/(ρ・面積)です。面積は同じ質量をどれだけ広く分けるかを決めます。
よくある誤解
- 同じ総電荷でコーティングした場合、領域が広いほど平均厚さは減少する。